半导体结构以及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体结构以及制备方法。该方法包括：(1)在基底的上表面依次形成缓冲层和半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述半导体结构，其中，所述过渡层以及所述半导体层分别独立地由氧化物形成。该方法操作步骤简单，对仪器设备要求较低，并且可以避免氧化物晶片尺寸对半导体结构的尺寸造成限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本专利技术涉及半导体结构以及制备方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸不断缩小，其工作速度也不断提高。然而，对于Si材料本身而言，目前的MOSFET器件已经接近于物理与技术的双重极限，且Si材料本身是间接带隙而不适合用于光电子领域。因而，为了进一步提升Si基器件和电路的性能，本领域技术人员提出了各种提升Si基器件和电路性能的方法。例如，将氧化物半导体材料，与具有SiO2绝缘层的Si片直接键合形成绝缘体上半导体(Semiconductor-on-insulator)结构，使其易于实现光电子和微电子的集成，兼具氧化物半导体材料良好的光电特性和Si集成电路优异的集成工艺优势，具有很好的应用前景。然而，目前的绝缘体上半导体结构及其制备方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识而做出的：现有的绝缘体上半导体制备技术是智能剥离(Smart-cut)技术，即先向半导体晶片中注入氢离子，然后将半导体晶片与具有SiO2等绝缘氧化物表层的Si片直接键合，再利用高温退火实现剥离，形成半导体结构。然而，目前市场上基本没有氧化物半导体晶片商品出售，实验室中制备的氧化物半导体晶片的晶片直径不大。例如，现有的实验室制备的氧化锌单晶片直径大约在2英寸以下，因此利用上述智能剥离技术难以获得更大直径(例如8-12英寸)的半导体结构，而目前主流Si片直径为8-12英寸，因此制备的半导体结构难以直接替代Si基半导体结构用于半导体器件。并且，上述智能剥离技术不易获得半导体层很薄(小于100nm)的半导体结构，而先进的器件结构往往要求绝缘体上半导体薄膜的厚度要低于100nm。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备半导体结构的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)在基底的上表面依次形成缓冲层和半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述半导体结构，其中，所述过渡层以及所述半导体层分别独立地由氧化物形成。该方法操作步骤简单，对仪器设备要求较低，并且可以避免利用氧化物晶片进行制备时，由于晶片尺寸过小而对半导体结构的尺寸造成限制。根据本专利技术的实施例，所述氧化物为MO，其中，所述M为Zn、Ga、Sn以及In的至少之一。根据本专利技术的实施例，所述半导体层以及所述缓冲层分别独立地通过外延生长形成。由此，可以简化制备工艺，便于控制半导体层以及所述缓冲层的质量。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中，形成所述缓冲层之前，预先在所述基底的上表面形成过渡层。由此，可以利用半导体层与过渡层之间更加优质的界面状态，降低异质外延时的缺陷密度，阻碍基底元素(如Si)向表面扩散而进入缓冲层，从而可以进一步提高最终形成的半导体结构的质量。根据本专利技术的实施例，所述过渡层的厚度不小于1微米。由此，可以进一步提高过渡层的质量。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中，形成所述半导体层之前，形成所述半导体层之前，预先在所述缓冲层的上表面形成离子吸附层，所述离子吸附层中的材料的晶格常数与所述缓冲层以及所述半导体层中的所述氧化物的晶格常数均不同。由此，可以利用离子吸附层提高对注入的氢离子的吸附以及聚集能力，从而有利于降低剥离处理所需要的氢离子的注入剂量。根据本专利技术的实施例，所述离子吸附层为氧化物形成。由此，可以简化离子吸附层的制作工艺。根据本专利技术的实施例，所述离子吸附层的厚度为2-50nm。根据本专利技术的实施例，在步骤(4)中，所述剥离处理是在所述离子吸附层中进行的。根据本专利技术的实施例，所述衬底与所述基底分别独立地是由硅形成的。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中，在所述半导体层上表面形成第一钝化层。由此，可以进一步改善氧化物半导体层与绝缘层(氧化物)之间的界面状态。根据本专利技术的实施例，进一步包括：在所述半导体结构上表面形成第二钝化层。由此，可以进一步提高半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，所述离子注入处理的注入剂量为：0.5×1016/cm2～1×1017/cm2。本专利技术所提出的方法可以在上述注入剂量下实现剥离处理，较现有的智能剥离技术有较大的降低，从而有利于降低生产成本。根据本专利技术的实施例，所述离子注入处理时，所述第一复合体的温度为200-600摄氏度。由此，有利于进一步降低注入剂量。根据本专利技术的实施例，在所述半导体结构中，所述半导体层的厚度小于100nm。由此，有利于进一步提高半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)之后，步骤(2)之前，预先对所述第一复合体的上表面进行抛光处理。由此，有利于获得平坦的上表面，从而可以改善后续键合处理的键合质量。根据本专利技术的实施例，所述所述剥离处理的温度为200-900摄氏度。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：在步骤(4)之后，对获得的所述半导体结构表面进行抛光处理。由此，可以进一步提高获得的半导体结构的表面平整度。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：将所述第三复合体回收利用，返回至步骤(2)中进行离子注入处理。由此，可以对第三复合体进行反复利用，一方面可以节省生产成本，另一方面可以提高生产效率，缩短生产时间。根据本专利技术的实施例，在将所述第三复合体返回至步骤(2)之前，预先对所述第三复合体进行下列处理：对所述第三复合体的上表面进行抛光处理；和在所述第三复合体的上表面形成所述半导体层。由此，可以进一步提高对第三复合体进行重复利用的效果。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种半导体结构。根据本专利技术的实施例，所述半导体结构是由前面所述的方法形成的。由此，该半导体结构具有前面描述的方法获得的半导体结构所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。根据本专利技术的实施例，所述半导体结构中所述半导体层的直径不小于4英寸。由于该半导体结构是利用前面所述的方法形成的，因此，该半导体结构中，半导体层的尺寸可以不受氧化物晶片尺寸的限制。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的制备半导体结构的方法的流程示意图；图2是根据本专利技术另一个实施例的制备半导体结构的方法的流程示意图；图3是根据本专利技术又一个实施例的制备半导体结构的方法的流程示意图；图4是根据本专利技术又一个实施例的制备半导体结构的方法的流程示意图；图5是根据本专利技术又一个实施例的制备半导体结构的方法的流程示意图；图6是根据本专利技术一个实施例的半导体结构的结构示意图；以及图7是根据本专利技术另一个实施例的半导体结构的结构示意图。附图说明：1000：第一复合体；2000：第二复合体；3000：第三复合体；4000：半导体结构；100：基底；200：缓冲层；300：半导体层；400：离子吸附层；500：衬底；600：绝缘层；700：半导体结构中的半导体层；800：第三复合体中剩余半导体层；10：过渡层；20：第一钝化层；30：第二钝化层；1A：半导体结构中残留离子吸附层；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备半导体结构的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在基底的上表面依次形成缓冲层和半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述半导体结构，其中，所述过渡层以及所述半导体层分别独立地由氧化物形成。

【技术特征摘要】
1.一种制备半导体结构的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在基底的上表面依次形成缓冲层和半导体层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述半导体层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述半导体结构，其中，所述过渡层以及所述半导体层分别独立地由氧化物形成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物为MO，其中，所述M为Zn、Ga、Sn以及In的至少之一。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体层以及所述缓冲层分别独立地通过外延生长形成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，形成所述缓冲层之前，预先在所述基底的上表面形成过渡层；任选地，所述过渡层的厚度不小于1微米。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，形成所述半导体层之前，预先在所述缓冲层的上表面形成离子吸附层，所述离子吸附层中的材料的晶格常数与所述缓冲层以及所述半导体层中的所述氧化物的晶格常数均不同。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述离子吸附层为氧化物形成；任选地，所述离子吸附层的厚度为2-50nm。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述剥离处理是在所述离子吸附层中进行的。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底与所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬，孙川川，梁仁荣，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11